Эвтрофирование озер и водохранилищ (стр. 2 )

Первичная продукция водоемов. Содержание хлорофилла “a” в воде водоема..

Впервые систему разделения водоемов на классы по величине первичной продукции применил , которая была развита Г. Лайкенсом, привлекшим для классификации пресных вод данные по биомассе фитопланктона, содержанию хлорофилла “а” и общего органического углерода. Лайкенса по этим показателям в дальнейшем была включена в классификацию трофических состояний OECD [Likens, 1975]

Система градации озер северной и умеренной зоны детально разработана по величинам годовой первичной продукции. [Китаев, 1984]. Здесь следует заметить, что годовую первичную продукцию нужно рассматривать как функцию ее суточных величин и длительности вегетационного сезона. Поэтому при одной и той же суточной продукции годовая продукция озер умеренных широт выше, чем северных и ниже, чем южных. Крупные южные озера олиготрофные по содержанию хлорофилла, скорости фотосинтеза на оптимальной глубине, могут быть мезотрофными по годовым величинам продукции.

Для разработки трофической классификации, учитывающей особенности как “планктонных”, так и “детритных” озер, важно выбрать основополагающий критерий трофности. Следует подчеркнуть, что “планктонные” и “детритные” озера представляют собой два крайних типа экосистемы, различающихся по структуре трофической цепи. Для первого типа экосистем более вероятен поток энергии, направленный по пастбищной цепи, для второго типа - по детритной цепи с непременным участием гетеротрофных микроорганизмов. Однако, большинство экосистем относится к смешанному типу, так как пастбищная и детритная цепи в них тесно взаимосвязаны.

Несмотря на очевидные преимущества использования для оценок трофности динамического показателя, а именно величины первичной продукции, по сравнению со статическим показателем – содержанием хлорофилла-а, последний гораздо чаще фигурирует в существующих системах классификации трофического состояния водоемов. Основной проблемой использования этого показателя представляется исключительно высокая его пространственно-временная изменчивость [Бульон, 1993].

Как показывает практика, при нерегулярных наблюдениях содержание хлорофилла “а” в планктоне точнее отражает трофический статус озер, чем скорость фотосинтеза, легко реагирующая на изменения погодных условий. Иными словами, содержание хлорофилла “а” - более консервативный показатель трофности и поэтому при соблюдении определенных условий полнее передает продукционный потенциал фитопланктона.

Классификации трофического состояния водоемов по состоянию фитопланктона приведены в табл. 1.1.

Таблица 1. 1

Классификации типов водоемов по содержанию хлорофилла-а.

Классифи-кация	УО	О	М	Э	ГЭ
Китаев (1984)		<1.5-3	3-12	12-48
Henderson-Sellers (1984)		<4	4-10	10-100
Vollenveider (1979)		1.7	4.2	14.3
Винберг (1960)		<1	1-10	10-100	>100
Бульон (1983)		0.1-1	1-10	>10
Dobson et al (1974)		<4.5	4.5-8.8	>8.8
Rast, Lee (1978)		<2	2-6	>6
Милиус, Кываск, (1979)		<3.0	3-8	8-20
Трифонова (1993)		<1.5	1.5-10	10-50
ОЕСD сред (1982)	<1	1-2.5	2.5-8	8-25	>25
ОЕСD макс (1982)	<2.5	2.5-8	8-25	25-75	>75
Meybeck (1989)	0.01-0.3	0.3-2.5	2.5-8	8-25	>25
Wetzel (1975)		0.3-3	2-15	10-500
Lee (1970)		0.3-3	2-15	10-500
Uttomark (1975)		1-2.5	2.5-6.9	>6.9
U. S.-EPA-NES (1974)		<7	7-12	>7
Sakamoto (1966)		0.3-2.5	1-15	5-140
Felfoldi (1974)		<3	10-20	>50
Forsberg (1980)		<3	3-7	7-40	>40
Hackanson (1991)		<2	2-8	6-35	>35

Распространенность этого показателя в качестве индикатора трофического состояния связана также с относительной простотой его определения и, следовательно, возможностью получения массовых материалов по водоемам, а также тесной функциональной связью с продукционными характеристиками экосистемы и биомассой фитопланктона. Обобщение многочисленных эмпирических связей между показателями трофности водоемов приведено в монографии [Мусатов, 2001].

Серьезной проблемой выступает исключительная пространственно-временная изменчивость продукционных характеристик. Известная пятнистость цветения водоема, сильная зависимость продукционных характеристик от сгонно-нагонных явлений и погодных условий требует проведения учащенных наблюдений, анализа данных и соответствующего осреднения наблюдаемых значений.

Однако использование лишь одного, пусть даже самого значимого показателя, особенно учитывая его большую изменчивость, существенно обедняет оценку трофности и при недостаточно надежном исходном материале может привести к ошибочным оценкам. Поэтому, наряду с показателями первичной продуктивности водоемов, в практике оценки эвтрофирования широкое распространение получили и другие показатели состояния экосистемы водоема.

Биомасса фитопланктона. Учет биомассы фитопланктона стандартным методом микроскопирования, как известно, довольно трудоемок, поэтому надежный материал, характеризующий состояние водоема по этому показателю получить трудно. Этим объясняется сравнительно редкое использование биомассы фитопланктона при оценках эвтрофирования водоемов. Специальными гидробиологическими исследованиями показано, что содержание хлорофилла-а в единице биомассы (удельное содержание хлорофилла-а) зависит как от видового состава фитопланктона, так и от уровня биомассы фитопланктона, с увеличением которой оно убывает [Трифонова, Десортова, 1983, Елизарова, 1993]. Значительные сезонные колебания биомассы фитопланктона показывают, что наиболее надежной характеристикой для оценки трофического статуса представляются средние за сезон ее величины. Шкала трофности водоемов по средним за сезон величинам биомассы водорослей на основе лимнологического анализа озер предложена [Трифонова, 1990]. По мере эвтрофирования водоема размах отношения максимальных и минимальных величин биомассы фитопланктона увеличивается, что также может служить показателем трофического состояния при многолетних обследованиях водоема. Тесная (r=0.93) линейная связь между биомассой фитопланктона и степенью ее вариабельности установлена для Рыбинского водохранилища [Корнева, 1993]. Однако количественных оценок характерных величин изменчивости в водоемах разной трофии пока не предложено.

Важной характеристикой, которая может использоваться при оценке трофического состояния водоема представляется характер сезонной динамики фитопланктона. Так, для олиготрофных водоемов характерно наличие одного небольшого максимума биомассы весной, для мезотрофных – раннелетней депрессии (на фоне умеренного развитии водорослей), а в эвтрофных водоемах на протяжении всего сезона может наблюдаться очень значительная биомасса фитопланктона (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Схема изменения сезонной динамики биомассы фитопланктона в озерах умеренной зоны по мере усиления эвтрофирования (по: Трифонова, 1990).

И, наконец, спектр размеров клеток фитопланктона представляется весьма информативной характеристикой взаимодействия различных компонентов водных экосистем и их трофического состояния [Sprules, Munawar, 1986].

Классификации трофического состояния водоемов по биомассе фитопланктона представлены в табл. 1.2.

Таблица 1.2

Классификации типов водоемов по биомассе фитопланктона (мг/л)

Классифи-кация	О	М	Э
Михеева (1975)	<1.5	1.5-2.0	>2
Милиус, Кываск (1979)	<1	1-3	3-7
Трифонова (1993)	<1	1-3	3-10
Китаев (1984)	<0.5-1.0	1-4	4-16

Известная пятнистость цветения водоема, сильная зависимость продукционных характеристик от сгонно-нагонных явлений и погодных условий требует проведения учащенных наблюдений, глубокого анализа данных и соответствующего осреднения наблюдаемых значений. Значительные сезонные колебания биомассы фитопланктона показывают, что наиболее надежной характеристикой для оценки трофического статуса представляются средние за сезон ее величины. Детальный анализ пространственной неоднородности фитопланктона Рыбинского водохранилища, проведенный Г с применением разнообразных статистических методов, показал, что применение классификаций по биомассе фитопланктона по данным гидробиологических съемок может привести к существенной разнице в оценках трофии различных участков водоема [Корнева, 1993]. Чтобы определить возможность использования данных мониторинга летнего фитопланктона для оценки трофического состояния водоема, необходимо отслеживать особенности пространственного распределения его биомассы по водоему.